卫星典型构件工艺挖掘与配置方法研究

发布时间：2017-10-18 02:46

  本文关键词：卫星典型构件工艺挖掘与配置方法研究

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【摘要】：机械结构是卫星平台的重要组成部分,其作用是支撑其他各分系统和有效载荷。结构板、中心承力筒、框类零件等都是组成卫星机械结构的典型构件。我国卫星制造企业的生产实际表明,典型构件的生产能力已经成了卫星制造企业提高快速响应能力的关键。随着卫星朝系列化和平台化方向的发展,典型构件在结构上也逐步呈现出相似性和系列化的特征。总结典型构件现行的制造工艺,基于制造特征分析归纳不同卫星中同类典型构件制造工艺的相似性,从中挖掘典型构件系列的典型工艺,并形成典型工艺库,据此实现典型构件制造工艺的快速配置,对于实现典型构件制造工艺的规范化,提高卫星制造企业的快速响应能力具有重要的理论意义和实际应用价值。这也是本文的主要研究内容和希望实现的研究目标。在大规模定制生产模式下,相对于产品族与配置技术在产品设计阶段中的巨大推动作用,工艺族的概念与配置技术在工艺设计中的应用还只处于起步阶段。对此,本文首先对工艺族的概念进行拓展,提出了广义工艺族的概念,明确广义工艺族的内涵,包括通用工艺特征、工艺知识和通用工艺结构三个方面,并基于工艺平台建立了广义工艺族的体系架构。为保证广义工艺族信息在各制造系统之间的传递和共享,建立了广义工艺族的UML模型,并采用XML对广义工艺族的信息模型进行表达。为了建立完善的卫星典型构件的广义工艺族,需要从卫星典型构件的历史工艺数据中对广义工艺族中的工艺知识与通用工艺结构进行挖掘。对此,首先根据卫星典型构件工艺设计中常用的典型工序序列和工艺决策规则可以表示为关联规则形式的特点,采用关联规则的经典挖掘算法Apriori算法对这两类两者进行挖掘。针对大规模数据量的情况下,Apriori算法挖掘效率低的问题,采用二进制粒子群优化算法对工艺数据进行预处理,获得关联规则的最小支持度与最小置信度,以提高挖掘效率。并以卫星结构板成型工艺中典型工序序列的挖掘和卫星管路焊装工艺中工艺决策规则的挖掘验证了算法的有效性。通过挖掘获得的典型工序序列和工艺决策规则为完善卫星典型构件的广义工艺族的工艺知识的完善奠定了基础。其次,针对工艺数据往往以非结构化的自然语言存储的问题,采用属性有向图对工艺进行描述,并基于工艺单元的二分图最优匹配和工艺路线的邻接矩阵研究了工艺的相似度计算方法。针对工艺聚类具有聚类数量未知的特点,基于近邻传播聚类算法,建立了典型工艺挖掘的半监督聚类算法,并以Silhouette指标和IGP指标作为聚类结果的评价指标。以卫星结构板面板机加的典型工艺聚类实例验证了算法的有效性。由于广义工艺族的通用工艺结构往往体现为工艺路线的形式,而通过聚类挖掘获得的典型工艺具有代表性,其工艺路线即可用于表示广义工艺族的通用工艺结构。针对卫星典型构件工艺设计效率低、工艺重用率低的问题,提出将配置技术应用于工艺设计过程中。针对工艺设计过程中出现多个中间变量与约束的情况,采用生成式约束满足问题进行工艺的配置,确定了模型变量与模型约束,基于广义工艺族建立了工艺配置的约束模型,并基于回溯搜索算法实现了工艺配置问题的求解。对卫星结构板面板的机加工艺进行配置,可获得多个工艺配置方案。针对最优方案的选取问题,提出了工艺配置方案评价的重用度指标和有效性指标,研究了各指标的计算方法,并建立了工艺配置方案的评价模型,实现了对工艺配置方案的权衡评价。最后,以北京卫星制造厂的卫星典型构件为应用验证对象,探讨了相关技术的实际应用。从卫星制造厂工艺设计部门的实际需求出发,开发了基于Siemens UG NX8.0和基于Web的卫星典型构件工艺配置系统工具,详细讨论了系统体系结构的搭建,介绍了相关信息模型及主要功能模块的设计,给出了系统运行实例,对系统的应用进行了分析。
【关键词】：工艺族 知识挖掘 聚类 工艺配置 方案评价
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V46
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 绪论14-30
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义14-17
• 1.1.1 课题来源及背景14-16
• 1.1.2 课题研究的目的及意义16-17
• 1.2 工艺规划技术研究现状17-19
• 1.3 工艺配置相关技术研究现状19-23
• 1.3.1 制造业中的知识挖掘与知识重用19-21
• 1.3.2 产品与工艺配置方法21-23
• 1.3.3 配置方案评价技术23
• 1.4 卫星典型构件工艺设计现状23-26
• 1.4.1 卫星结构板工艺设计现状23-24
• 1.4.2 壁板工艺设计现状24-25
• 1.4.3 卫星管路工艺设计现状25-26
• 1.5 现有研究存在的不足26-27
• 1.6 本文的主要研究内容27-30
• 第2章 基于工艺平台的工艺族建模30-43
• 2.1 引言30
• 2.2 广义工艺族的概念30-34
• 2.3 广义工艺族信息模型表达34-39
• 2.3.1 广义工艺族UML模型35-37
• 2.3.2 广义工艺族模型信息表达37-39
• 2.4 卫星结构板面板机加广义工艺族实例39-42
• 2.5 本章小结42-43
• 第3章 典型工序序列与工艺决策规则挖掘43-58
• 3.1 引言43
• 3.2 典型工序序列与工艺决策规则挖掘问题描述43-47
• 3.2.1 典型工序序列与工艺决策规则挖掘框架43-45
• 3.2.2 典型工序序列与工艺决策规则关联规则45-47
• 3.3 基于BPSO的关联规则挖掘算法47-51
• 3.3.1 粒子群优化算法47-48
• 3.3.2 二进制转化48-49
• 3.3.3 关联规则编码49
• 3.3.4 适应度计算49
• 3.3.5 关联规则挖掘流程49-51
• 3.4 卫星典型构件典型工序序列与工艺决策规则挖掘实例51-57
• 3.4.1 卫星结构板典型工序序列挖掘51-54
• 3.4.2 卫星管路焊装工艺决策规则挖掘54-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章 基于近邻传播聚类的典型工艺挖掘58-73
• 4.1 引言58
• 4.2 典型工艺挖掘问题描述58-59
• 4.3 典型工艺的相似性度量59-63
• 4.3.1 基于属性有向图的工艺建模59-60
• 4.3.2 工艺单元相似度量60-62
• 4.3.3 工艺路线相似度量62-63
• 4.4 典型工艺聚类挖掘63-67
• 4.4.1 工艺聚类的有效性及评价64-65
• 4.4.2 基于近邻传播聚类的典型工艺挖掘算法65-67
• 4.5 卫星结构板面板典型机加工艺挖掘67-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第5章 基于生成式约束满足问题的工艺配置73-86
• 5.1 引言73
• 5.2 工艺配置问题描述73-75
• 5.3 基于GCSP的工艺配置建模75-79
• 5.3.1 生成式约束满足问题76
• 5.3.2 工艺配置的GCSP模型76-79
• 5.4 基于GCSP的工艺配置问题求解算法79-82
• 5.4.1 回溯搜索算法79-80
• 5.4.2 基于BT的GCSP求解80-82
• 5.5 卫星结构板面板机加工艺配置实例82-85
• 5.6 本章小结85-86
• 第6章 工艺配置方案综合评价86-98
• 6.1 引言86
• 6.2 工艺配置方案评价描述86-89
• 6.2.1 工艺配置描述86-88
• 6.2.2 可选工艺配置方案形成的原因88
• 6.2.3 工艺配置方案评价指标88-89
• 6.3 工艺配置方案评价模型及算法89-94
• 6.3.1 工艺配置方案评价重用性指标的计算89-92
• 6.3.2 工艺配置方案评价有效性指标的计算92-93
• 6.3.3 工艺配置方案的权衡评价93-94
• 6.4 工艺配置方案评价实例94-97
• 6.5 本章小结97-98
• 第7章 工艺配置系统设计与软件开发98-116
• 7.1 引言98
• 7.2 系统需求分析98-100
• 7.3 系统设计及实现100-107
• 7.3.1 系统技术路线分析100-101
• 7.3.2 系统体系结构设计101-103
• 7.3.3 系统功能模型设计103-105
• 7.3.4 系统信息模型设计105-107
• 7.4 系统应用示例及分析107-115
• 7.4.1 产品信息提取与工艺附件输出107-109
• 7.4.2 工艺知识挖掘与模块管理109-111
• 7.4.3 典型工艺挖掘与模板管理111-112
• 7.4.4 工艺配置管理与方案评价112-113
• 7.4.5 系统应用效果分析113-115
• 7.5 本章小结115-116
• 结论116-118
• 参考文献118-127
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果127-129
• 致谢129-130
• 个人简历130

【参考文献】

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本文编号：1052515